带有3D打印部件的猎户座载人飞船推进器系统测试成功

Aerojet Rocketdyne 最近完成了增强型反应控制推进器系统的鉴定测试,这个推进器系统将专门用于NASA 猎户座太空船载人模块,其中的发动机喷嘴延伸部分是采用3D打印技术制造的。Aerojet Rocketdyne 称这是有史以来第一次将增材制造的零件安装在载人航天器上。

 NASA Orion space capsule

图片来源:engadget

block 更高设计自由度,缩短制造时间

猎户座太空飞船是NASA的新型宇宙飞船,是由洛克希德·马丁公司负责设计和建造的飞船。飞船由两个飞行器构成,它们分别是:载人探测飞船(CEV)和货物运载火箭(CLV)。猎户座飞船内部空间比阿波罗飞船大2.5倍,最多可容纳6名宇航员。

Aerojet Rocketdyne 宣布猎户座太空飞船的反应控制推进器系统测试已获成功,这意味着飞船的载人模块能够安全地重新进入地球大气层。同时,这次测试的成功也为猎户座太空飞船做第二次试飞扫平道路。这次测试也是对月轨内空间的第一次任务-探索任务-1(EM-1)。

Orion-Structure

图片来源:NASA

在NASA的太空发射系统(SLS)火箭的首次飞行中,猎户座被发射至月球,反应控制推进器对于猎户座太空飞船在完成EM-1探索任务后安全返回地球和未来飞行任务都至关重要。

Aerojet Rocketdyne 采用了3D打印/增材制造工艺来制造反应控制推进器系统发动机喷嘴延伸部分。Aerojet Rocketdyne 表示,这些3D打印部件标志着载人航天器将首次使用增材制造的零件。

根据3D科学谷的市场观察,Aerojet Rocketdyne 采用3D打印技术的原因是为推进器部件获得更高的设计自由度,并且缩短部件的制造时间。

Aerojet Rocketdyne 在位于华盛顿州雷德蒙德的工厂里,进行了为期一年的资格测试项目。在测试中,单台发动机受到的冲击和振动,已经超过了预期EM-1发射时的最大应力;与EM-1 反应控制系统飞行发动机相同的生产批次中抽出了非飞行试验发动机进行测试,在试验计划期间燃烧了619 磅的推进剂,累计总燃烧时间为962秒。Aerojet Rocketdyne 遵循了严格的资格测试计划,并相信这种增强的反应控制系统已准备就绪。

猎户座太空船载人模块在与其服务模块分离后,反应控制系统是引导其准备重新进入大气和随后降落的唯一方法。该系统由12个MR-104G肼推进器组成,每个推进器的推力为160磅,该系统还将确保航天器正确定位(其隔热罩向下方)以便重新进入,并在下降过程中保持稳定。

EM-1 反应控制系统推进器的设计是建立在2014年Exploration Flight Test-1任务中经过飞行验证的发动机基础上的,增强型系统具有更强的结构,更高的抗热应力和更小的重量。改进的制造过程更新了系统,以应对变化的负载,并最终提高负载。在EM-1探索任务中,一枚未经摧毁的猎户座太空飞船将发射到月球周围的遥远逆行轨道,然后返回地球。接下来,是执行EM-2探索任务,在此期间猎户座将搭载宇航员在月球附近飞行。

除了反应控制系统之外,Aerojet Rocketdyne 还为太空发射系统(SLS)火箭提供主级和上级液体发动机,以及抛弃式发动机,抛弃式发动机在激活SLS第二级后不久将猎户座的发射中止系统与机组模块分开。同时,Aerojet Rocketdyne还为猎户座的欧洲服务模块(ESM)提供辅助推进器,并支持NASA领导的修改航天飞机OMS-E发动机项目。

block 3D科学谷 Review

根据3D科学谷的市场观察,猎户座天空飞船上使用的3D打印部件,是Aerojet Rocketdyne 在航天器中应用增材制造技术的“冰山一角”。此前,Aerojet Rocketdyne 已有多种通过金属3D打印技术制造的火箭发动机部件通过了测试。例如:

2018年10月,Aerojet Rocketdyne 宣布其为美国国家航空航天局(NASA)和美国国防高级研究计划局(DARPA)制造的新型高超音速发动机已经成功通过测试。通过测试的发动机为“新型双模式冲压式喷气发动机/超燃冲压(DMRJ)发动机”,Aerojet Rocketdyne,将以往取得的成果与他们在3D打印/增材制造方面取得的进步相结合,使制造下一代高超音速推进系统成为现实。

2017年4月,Aerojet Rocketdyne 宣布其全尺寸的3D打印铜合金推力室部件点火测试成功。根据3D科学谷的了解,3D打印技术是Aerojet Rocketdyne 优化RL10发动机的一个“杀手锏”,在新一代RL10发动机研制过程中,Aerojet Rocketdyne 使用粉末床选择性激光熔化3D打印技术制造了铜合金推力室部件。

2015年3月,Aerojet Rocketdyne公司在其萨克拉门托测试中心成功完成了对其AR1增压发动机关键部件的热点火测试。AR1火箭发动机的单冲量(single-element)主喷油嘴是完全使用3D打印机制造的。

AR1火箭发动机的单冲量(single-element)主喷油嘴是完全使用3D打印机制造的。AR1是一款正在开发中的50万磅推力级的液氧/煤油发动机,美国希望用它来替代俄罗斯的RD-180发动机。喷射器是用选择性激光熔化(SLM)技术制造的,3D打印被证明能够以与传统制造技术相比很低的成本快速制造出复杂的发动机零部件。仅在主喷射器一项,3D打印就把零部件的交货时间减少了9个月,并降低了70%的成本。

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